基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计

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5自动化仪表6第26卷第4期2022年4月

基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计

TheDesignofUltra-lowPowerConsumptiveDataCollectorBasedonMSP430SingleChipComputer

刘立群孙志毅金坤善

(太原重型机械学院,太原030024)

摘要介绍一种以MSP430系列单片机为核心的数据采集器,以零功耗磁敏传感器作为采集前端,适用于远传抄表系统的数据采集。详细阐述仪器的工作原理、主要特点、硬件电路设计和软件设计。关键词远传抄表系统传感器单片机

AbstractAdatacollectorwithMSP430singlechipcomputeraskernelisintroduced.Thezeropowerconsumptivemagneticsensingtransducerisusedforthefron-tendofthedatacollection.Itissuitabletobeusedwithforteletransmissivemeterreadingsystem.Theoperationalprinciple,mainfeatures,thedesignofhardwarecircuit,thedesignofsoftwareprogramaree*poundedindetail.KeywordsTeletransmissivemeterreadingsystemTransducerSinglechipcomputer

0引言

近年来,智能小区这一概念渐渐进入人们的视野,而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、电、气管理方面,采纳自动抄表技术不仅能节省人力资源,更重要的是可提高抄表的精确性,减削因估量或抄写而造成的帐单出错现象,使水、电、气管理部门能实时精确获得数据信息,用户也不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能快速查询帐单,所以这种技术越来越受到用户欢迎。

本文针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状,设计出一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号、利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集器。该采集器价格相对低廉,性能牢靠,适用于水、煤气、电表的远传。

储区地址2单元中的数据就是煤气表基表的数据。

2主要特点

采纳零功耗磁敏传感器作为采集前端,工作时无须运用外加电源,且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。

采纳MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片,性能优良,价格低廉。

采集电路功耗很低,可采纳2节1R20@115V铁壳电池或CR123A@3V锂电池供电,电池寿命正常状况下在2年以上。

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3数据采集器的软硬件设计

3.1单片机选型

TI公司的MSP430系列是一个超低功耗类型的单片机,特别适合于电池应用的场合或手持设备。该单片机在118V~316V电压、1MHz的时钟条件下,耗电电流在011~400LA之间;含有P0~P67个I/O口、2个定时器(TimerA、TimerB)、1个看门狗,内部集成2K的ROM和60K的RAM,可十万次重复编程;MSP430系列单片机均为工业级的产品,运行环境温度为-40e~+85e;而MSP430系列单片机一般单价只有几十元。由此可以看出,MSP430系列单片机的性价比不错,完全能够满意系统开发的需要。3.2传感器选型

在远传抄表系统中,有多种传感器可供选用,常用的有光电传感器和霍尔传感器。但光电式传感器和霍尔传感器工作时都需要供电,电流一般为毫安级,这将导致供

1工作原理

该数据采集器通过对传统电表、水表、气表的改进使其成为远传表。以一般的煤气表为例,选择在基表最末一级齿轮处加一磁铁(不算显示部分的逐级传递齿轮)。该级齿轮每转一圈都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次,每拨一次是01001m,所以每转一圈共计01008m3的煤气。也就是最末一级齿轮每转125圈即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次,煤气表的显示部分的计数为1m。当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号,利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号,引起中断,数据存储区地址1单元自加1,假设加到125,地址2单元自加1,地址1单元清零。存

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Vol.4April

基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计

基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计刘立群,等

电电池的极大耗费。对于煤气表来说,在基表中通电还会引起安全方面的问题。所以,本文选用零功耗磁敏传感器,它工作时无须运用外加电源,适用于微功耗仪表,在远传抄表系统中是一种较好的采集用传感器。

零功耗磁敏传感器是利用韦根德效应制成的,又名韦根德传感器,是利用磁性双稳态功能合金材料中的磁畴在磁场中的运动特性制作而成的。当外磁场发生改变时,磁畴磁化方向瞬间发生翻转,而当外磁场撤离后又瞬间复原到原有的磁化方向,由此在合金材料四周的检测线圈中感生出电脉冲信号而实现磁电转换。3.3硬件电路设计

基于MSP430F449单片机的数据采集器电路原理图如图1

所示。

3.4软件设计

MSP430的开发软件较多,本文采纳IAR公司的集成开发环境)))IAREmbeddedworkbench嵌入式工作台以及调试器C-SPY。

利用MSP430单片机的捕获功能,测试单片机能精确捕获到来自传感器的信号。本文所设计的程序包括主程序和中断程序两部分。主程序对单片机进行初始化,定义单片机时钟、上升沿捕获和输入输出端口设置等工作。中断程序可为单片机不断检测捕获模块中断标识位是否置位,如捕获到来自传感器的信号,捕获模块中断标识置位,引起中断;如没有捕获到来自传感器的信号,程序继续检测捕获模块中断标识位是否置位。假设单片机捕获到信号,在数据存储区的某一位置记录数据。

主程序流程图如图2

所示。

电源电路MSP430F449单片机的工作电压在118~316V之间,工作电流在011~400LA之间。本电路工作电压为3V,可由CR123A@3V锂电池为单片机供电。而内部模块分别由模拟电源和数字电源两种电源供电,图1中锂电池就可以提供单片机两种电源。VCC处接锂电池,DVCC1、AVCC、DVSS1、AVSS、DVCC2、DVSS2、VREF+分别对应单片机的数字电源电压正端、模拟电源正端、数字电源参考点、模拟电源负端、数字电源正端、数字电源参考点和A/D转换器内部参考源的输出正端。

复位电路如图1所示,单片机的复位电路接在94引脚处。

传感器电路经过试验,零功耗磁敏传感器可径直接到单片机的捕获端口TA0。当装在煤气表齿轮上的小磁铁经过传感器表面时产生脉冲信号,利用单片机的捕获功能捕获信号。

晶振电路图1中提供了高速和低速两个晶振电路,可给单片机内部的不同模块输出3种不同频率的时钟。用户可用高速晶体产生频率较高的MCLK供应CPU以满意高速的数据运算的需要;也可以在不需要CPU工作时关闭高速晶体;而对于实时时钟可用低速晶体产生频率较低的ACLK。

图1基于MSP430F449单片机的数据采集器电路原理图

图2主流程图

4结束语

本文从采集数据的安全性和牢靠性两个方面着手,选用了新型传感器和低功耗MSP430系列单片机设计出了用于远传抄表系统的数据采集器。试验的结果说明,该数据采集器捕获信号精确,电路设计和软件设计合理,具有很好的应用前景。

基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计

5自动化仪表6第26卷第4期2022年4月

基于MSP430单片机的超低功耗数据采集器设计

TheDesignofUltra-lowPowerConsumptiveDataCollectorBasedonMSP430SingleChipComputer

刘立群孙志毅金坤善

(太原重型机械学院,太原030024)

摘要介绍一种以MSP430系列单片机为核心的数据采集器,以零功耗磁敏传感器作为采集前端,适用于远传抄表系统的数据采集。详细阐述仪器的工作原理、主要特点、硬件电路设计和软件设计。关键词远传抄表系统传感器单片机

AbstractAdatacollectorwithMSP430singlechipcomputeraskernelisintroduced.Thezeropowerconsumptivemagneticsensingtransducerisusedforthefron-tendofthedatacollection.Itissuitabletobeusedwithforteletransmissivemeterreadingsystem.Theoperationalprinciple,mainfeatures,thedesignofhardwarecircuit,thedesignofsoftwareprogramaree*poundedindetail.KeywordsTeletransmissivemeterreadingsystemTransducerSinglechipcomputer

0引言

近年来,智能小区这一概念渐渐进入人们的视野,而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、电、气管理方面,采纳自动抄表技术不仅能节省人力资源,更重要的是可提高抄表的精确性,减削因估量或抄写而造成的帐单出错现象,使水、电、气管理部门能实时精确获得数据信息,用户也不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能快速查询帐单,所以这种技术越来越受到用户欢迎。

本文针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状,设计出一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号、利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集器。该采集器价格相对低廉,性能牢靠,适用于水、煤气、电表的远传。

储区地址2单元中的数据就是煤气表基表的数据。

2主要特点

采纳零功耗磁敏传感器作为采集前端,工作时无须运用外加电源,且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。

采纳MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片,性能优良,价格低廉。

采集电路功耗很低,可采纳2节1R20@115V铁壳电池或CR123A@3V锂电池供电,电池寿命正常状况下在2年以上。

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3数据采集器的软硬件设计

3.1单片机选型

TI公司的MSP430系列是一个超低功耗类型的单片机,特别适合于电池应用的场合或手持设备。该单片机在118V~316V电压、1MHz的时钟条件下,耗电电流在011~400LA之间;含有P0~P67个I/O口、2个定时器(TimerA、TimerB)、1个看门狗,内部集成2K的ROM和60K的RAM,可十万次重复编程;MSP430系列单片机均为工业级的产品,运行环境温度为-40e~+85e;而MSP430系列单片机一般单价只有几十元。由此可以看出,MSP430系列单片机的性价比不错,完全能够满意系统开发的需要。3.2传感器选型

在远传抄表系统中,有多种传感器可供选用,常用的有光电传感器和霍尔传感器。但光电式传感器和霍尔传感器工作时都需要供电,电流一般为毫安级,这将导致供

1工作原理

该数据采集器通过对传统电表、水表、气表的改进使其成为远传表。以一般的煤气表为例,选择在基表最末一级齿轮处